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黄土高原地区由于降雨不足、土壤肥力差、水土流失严重等因素,导致农作物生产能力低下;该地区大多数农户普遍采用传统耕作方法,保护性耕作并未得到普及。保护性耕作已被证明是有利于环境的,并且可以带来更高的作物产量。然而,保护性耕作对作物生产力、土壤和环境的影响差异,均是基于不同气候条件、耕作类型、耕作时间、土壤类型以及作物类型的差异。本研究旨在分析黄土高原保护性耕作措施对作物生产力和温室气体减排能力的影响。该研究采用3参数（3p）Logistic,Gompertz,Richards和Weibull模型,利用以下处理方法评估秸秆和无秸秆处理下的生物量积累[早播春耕小麦（ESW-T）;用耕作和秸秆覆盖（ESW-TS）早播春小麦;春耕小麦正常播种（NSW-T）;用耕作和秸秆覆盖正常播种春小麦（NSW-TS）;春播小麦播种（LSW-T）和播种春播小麦播种和秸秆覆盖（LSW-TS）]。为了对该地区春小麦可持续生产提出全面建议,本研究于2016-2019年间进行了田间试验,研究了黄土高原西部半干旱寒冷气候下,保护性耕作对土壤性质、春小麦产量和温室气体排放的影响,并分析了温室气体通量对耕作方式引起的环境变量变化的响应。研究采用随机完全区组设计的四种处理方法[常规耕作（CT）,常规耕作与秸秆覆盖（CTS）,免耕（NT）和免耕秸秆覆盖（NTS）]进行了秸秆覆盖和免耕对土壤性质、小麦籽粒、生物量产量以及温室气体排放的影响的研究和评估。所有处理重复三次。该研究也采用3参数（3p）Logistic,Gompertz,Richards和Weibull模型,利用以下处理方法评估秸秆和无秸秆处理下的生物量积累[早播春耕小麦（ESW-T）;用耕作和秸秆覆盖（ESW-TS）早播春小麦;春耕小麦正常播种（NSW-T）;用耕作和秸秆覆盖正常播种春小麦（NSW-TS）;春播小麦播种（LSW-T）和播种春播小麦播种和秸秆覆盖（LSW-TS）]。主要结论如下:（1）所有秸秆改良地块的根系和地上生物量,产量和土壤含水量均高于无秸秆处理。与无秸秆处理相比,秸秆处理的籽粒产量分别在早播,正播和晚播时分别增加了7.53%,0.78%和45.18%,而地上生物量产量也分别增加了37.41,48.09和28.97%。3参数逻辑模型是基于Akaike信息准则（AIC）和R2值的最佳模型。在所有治疗中,3参数Logistic的AIC变化最小。在R2值的基础上,3参数Logistic模型对于几乎所有处理都具有最高值,而Gompertz模型接下来在6个处理中的4个中高于其他2个模型。使用根均方误差（RMSE）,3p Logistic模型优于Gompertz模型,但Richards和Weibull模型不是更好。作为在候选模型中选择最佳模型的标准的AIC表明,Logistic模型是基于我们的数据的最佳模型,其次是Gompertz模型。根据他们的表现,模型可以安排如下:Logistic>Gompertz>Weibull>Richards。ESW-TS从模拟结果中获得了最高的生物量产量,表明早播和秸秆改良可以提高干旱地区的小麦产量。（2）土壤性质受耕作和秸秆覆盖的影响很大。两年内NTS处理的土壤含水量（SWC）显著改善（P<0.05）。2018年播种时,NTS处理在0-10㎝的SWC增加了49.07%,2017年收获时,CTS处理在20-40㎝的土壤容重（BD）下降（p<0.05）,而到2018年收获时,NTS处理0-10、10-20㎝呈现出最低的土壤容重。在2018年收获时,CTS和NTS处理0-10cm的土壤含水孔隙率显著增加。土壤的一般物理性质在保护性耕作下得到改善,特别是NTS和CTS处理。保护性耕作显著增加土壤有机碳（SOC）,但每种处理的土壤有机碳都随着土壤深度的增加而减少。2017年,NTS处理在0-10㎝的SOC比CT增加了14.93%,而CTS和NT的SOC分别比CT增加了7.87和5.89%。在所有深度,CTS,NT和NTS的总氮（TN）均高于CT。在2018年,CTS、NT和NTS在0-10、10-20cm的SOC显著高于CT;而在相同深度,CTS、NT和NTS的TN均高于CT的。在2年实验结束时,0-10cm处的SOC大小顺序如下:NTS>CTS>NT>CT,TN大小顺序如下:NTS>NT>CTS>CT。（3）耕作和秸秆覆盖对粮食产量有影响。在2017年和2018年NT和CTS的粮食产量最高。2年内各处理产量平均值表明,NTS处理最高,顺序依次为:NTS>CTS>NT>CT。NTS和CTS中的SOC高于CT,有助于提高产量。2017年,NTS的地上生物量最高,比CT高23.44%,而2018年,NTS的根系和地上生物量最高。较少的土壤干扰和秸秆覆盖导致较低的碳损失和较高的碳输入,从而提高了保护性耕作土壤的作物产量。2017年籽粒产量与SOC（p<0.01）,TN（p<0.01）,WFPS（p<0.05）和蓄水量（p<0.05）呈正相关。（4）耕作和秸秆覆盖也显著影响温室气体通量。结果表明,保护性耕作显著影响生态系统呼吸（Reco）,并表现出强烈的季节变化。累积生态系统呼吸率依次为:CTS>CT>NT>NTS。与CT相比,NT和NTS的累积生态系统呼吸率分别下降了28.25和32.94%。生长季的累积生态系统呼吸率显著高于非生长季。非生长季节的排放量分别占CT,CTS,NT和NTS的生态系统呼吸率总量的10.71、15.56、15.06和16.90%。碳汇量大小依次为:NTS>CTS>NT>CT。所有耕作处理均导致CH4的净吸收,但速率不同。NTS吸收的CH4明显高于CT。在这项研究中,N2O的通量很小,但保护性耕作改变其排放通量。在所有处理中,非生长期的CH4和N2O通量均较生长期低。由于相对较高的作物生产力导致碳输入较高,NTS显示出最小的全球变暖潜能值和温室气体强度。（5）粮食产量与SWC、土壤贮水量、WFPS、SOC、TN呈显著正相关,生态系统呼吸与土壤温度（ST）和SWC呈显著正相关,CH4通量与ST呈显著负相关,与SWC无显著相关。指数函数最好地描述了生态系统呼吸和ST之间的关系,而幂函数最好地描述了生态系统呼吸和SWC之间的关系。除CH4-ST关系外,线性函数还表征了ST和SWC与CH4和N2O的关系。在黄土高原采用秸秆覆盖和免耕等保护性耕作,可以通过提高土壤理化性质来提高作物产量。此外,保护性耕作与秸秆覆盖的结合可以提高作物生产力,并确保半干旱黄土高原的环境可持续性。由于保护性耕作与秸秆覆盖可以保持较高的土壤碳汇,减少温室气体排放量,保护性耕作可用作减少温室气体和提高作物生产力的战略。因此,在黄土高原西部等水资源限制地区,需要通过养分管理与保护性耕作相结合的作物综合管理,来进一步提高保护性耕作的效益。